При общей оценке самолета говорилось, что И—15бис обладает хорошей путевой, продольной и поперечной устойчивостью. Освоение техники пилотирования на нем не представляет особого труда, т.к. на ошибки в пилотировании самолет реагирует вяло.
«Хорошая маневренность и устойчивость самолета И—15бис обеспечивают ведение прицельного огня при любом положении самолета в воздухе, что дает преимущества в бою перед самолетами, обладающими большими скоростями, но меньшей маневренностью», — говорилось в отчете.
Однако проведенные во второй половине сентября показательные воздушные бои показали невысокие боевые возможности «биса». 19 сентября 1937 г. при проведении атаки самолета ТБ-7 на высоте 2500—3000 м из положения сверху—сзади И—15бис потерял преимущество в высоте и отстал от четырехмоторного бомбовоза. Последнее обстоятельство оценивалось как «полная небоеспособность» истребителя.
«В воздушном бою с самолетами И—15 и И—16 кроме внезапности атаки не имеет никаких преимуществ и даже выход из боя по своей инициативе может осуществить с большим трудом... Все преимущества в бою у И—16. ...И—15 имеет преимущества в скороподъемности и маневренности, а И—15бис лишь за счет более мощного М—25В может уйти из боя на пикировании».
Несмотря на столь нелестные отзывы в адрес претендента на место нового боевого истребителя, истории самолета предстояло продолжиться. В акте, утвержденном Начальником ВВС РККА Алкснисом 14 октября 1937 г. говорилось: «Самолет И—15бис М—25В, прошедший государственные испытания в НИИ ВВС, считать пригодным для серийного производства в 1937 г. с устранением на всех самолетах дефектов, опасных для полета... Тактические свойства — маневренность и скороподъемность И—15бис в результате перетяжеления на 300 кг являются ухудшенными по сравнению с И—15 М—25 «Чайка». Облегчение И—15бис М—25В необходимо считать как одну из центральных задач по улучшению боевых свойств этого самолета. ...Облегченный самолет представить в НИИ ВВС на испытания к 15.11.37г.
Начальнику НИИ ВВС комдиву Бажанову не позднее 25.10.37 г. разработать и представить мне на утверждение ТТТ для модификации самолета И—15бис на 1938г.».
Мероприятия по снижению веса были реализованы Н.Н.Поликарповым практически немедленно на опытном И—15бис №3392. Предполагалось, что это будет машина—эталон для серийного производства на первую половину 1938 г.
Вместо капота NACA на И—15бис №3392 установили увеличенное по ширине кольцо Тауненда, что дало снижение веса на 15,5 кг. Использование отдельных выхлопных патрубков обеспечило выигрыш еще 15,6 кг.
Эти и другие мероприятия позволили снизить полетный вес до 1590 кг (обычный И—15бис имел полетный вес 1750 кг). Кроме этого, изменили козырек пилота, приборную доску, обтяжку крыльев, провели ряд дополнительных мероприятий по снижению веса. №3392 стал первым из «бисов», ферма фюзеляжа которого сваривалась из хромансилевых труб.
Первый полет модифицированного «биса» состоялся 22 ноября 1937 г. Его полеты продолжались вплоть до апреля 1938 г.
В основном летные качества самолета №3392 остались на уровне других И—15бис: максимальная скорость составила 360 км/ч на высоте 3000 м, время виража 10,5—11,0 с, посадочная скорость 80—90 км/ч. Как положительный факт отмечался более легкий отрыв от земли на взлете. Согласно проведенным испытаниям признавалось, что использование кольца Тауненда и индивидуальных патрубков дало неудовлетворительные результаты. Забраковали летчики и новый козырек с плоскими гранями — считали его узким и неудобным.